非球面鏡超精密測量與誤差分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著非球面光學(xué)元件的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)的發(fā)展，對非球面光學(xué)元件的面形及其參數(shù)的檢測提出了更高的要求。在己有高精度檢測儀器的條件下，一方面要研究適合具體工件類型的新的檢測方法，擴(kuò)展儀器的檢測范圍以充分發(fā)揮檢測儀器的功能；另一方面要盡可能分析并降低檢測儀器的誤差，以提高檢測的精度。 本文針對加工鏡面模具形狀誤差小于100nm，表面粗糙度小于5nm的納米級加工精度的檢測開展研究。以非球面鏡加工和檢測為研究對象，在自行開發(fā)出的小型超精密加工

2、機(jī)床SGT100硬件基礎(chǔ)上，建立并實(shí)現(xiàn)了非球面光學(xué)元件在線檢測系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容如下： 1)對國內(nèi)外超精密加工、檢測方法的概況進(jìn)行分析與研究，對常用的非球面檢測方法進(jìn)行了敘述，對“supperMM-n”型小型非球面輪廓測量儀的系統(tǒng)原理、硬件結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵檢測元器件的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)及原理等進(jìn)行了敘述。 2)要實(shí)現(xiàn)高精度在線檢測，檢測誤差模型的建立和誤差參數(shù)的辨識是關(guān)鍵，本文分析研究了非球面輪廓儀在檢測使用中的各種誤差因素

3、及校正方法，針對測量系統(tǒng)中存在的主要系統(tǒng)誤差“定位誤差與坐標(biāo)系不重合誤差”，建立了其包含測量誤差的逆向求解數(shù)學(xué)模型。 3)數(shù)據(jù)處理與誤差分析技術(shù)的研究。運(yùn)用數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；根據(jù)輪廓儀檢測結(jié)果中包含測量誤差的數(shù)據(jù)，提出采用基于最小二乘法的Levenberg-marquardt和DFP變尺度優(yōu)化迭代方法來對誤差參數(shù)進(jìn)行擬合求解。之后通過坐標(biāo)變化得到真實(shí)測量數(shù)據(jù)值，并與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，得到加工誤

4、差大小與PV(Peek-valley)值。該方法也可對未知的非球面方程的進(jìn)行光學(xué)參數(shù)擬合，具有很好的通用性。 4)在非球面加工、檢測以及誤差分析的理論基礎(chǔ)上，開發(fā)了非球面鏡超精密測量與誤差分析系統(tǒng)。文中對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)流進(jìn)行了分析；對系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)原理、算法原理、算法策略、算法實(shí)現(xiàn)都進(jìn)行了深入的研究；對系統(tǒng)的使用和操作，做了簡單的介紹。 5)最后通過對一組實(shí)測數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算來驗(yàn)證系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與誤差分析算法的可